一种利用野生小桐籽油生产的生物柴油台架试验分析

张衡岳

(沙市大学机械工程系,湖北434000)

生物柴油是一种可再生能源,与普通石化柴油相比,生物柴油的含氧量和十六烷值较高,燃烧和动力性能也比较好,但作为柴油机燃料还存在许多需克服的问题,例如燃料的粘度太大、雾化性能差,喷油器易结胶、堵塞,蒸发性能差造成冷启动困难,含有不稳定的非饱和成分和残留碳分较多,易形成积碳等,因此在应用时还需要采用一些技术措施,如脱脂、脂化处理、预热,添加改善喷油性能的添加剂等。目前,生物柴油大多与石化柴油掺混后用作柴油机燃料,例如B20混合柴油采用20%的生物柴油与80%的石化柴油掺混。本文将介绍B20混合柴油在柴油机上的台架性能试验及其结果,混合柴油混入的是利用野生植物小桐籽油提炼的生物柴油。

1 试验方案

试验采用玉林柴油机厂生产的YC6105柴油机和杭州奕科机电公司的自动测试台;柴油机的额定转速 2 800 r/min,额定功率 99 kW。试验利用YC6105柴油机分别对燃用0号柴油和B20生物柴油进行发动机台架对比试验,包括柴油机的负荷特性和外特性的测定。试验按标准ISO3173规定进行:柴油机先进行足够的预热,然后按有关标准的试验方法进行。

柴油机燃用B20生物柴油的负荷特性的测定在1 800 r/min转速下进行,柴油机起动转速加至1 800 r/min并通过测功器稍加外负荷使柴油机达到稳定的热状态后,从零开始依此将负荷加至标定负荷的15%,30%,45%,60%,75%,90%和100%;每加一次负荷都适当地增加供油量,以维持柴油机的转速不变。记录每次负荷下柴油机的各性能参数,整理后就可得到柴油机在1 800 r/min下的负荷特性曲线。

柴油机燃用B20生物柴油的外特性测定在柴油机的额定转速与最低稳定转速之间进行。为了测定额定转速下的外特性,先开空车使柴油机达到额定转速,然后逐步增加柴油机的外负荷,同时相应地增加供油量,使柴油机稳定在额定工况运行,将油量调节机构锁定,记下该转速下的各性能参数。通过测功器逐次增加柴油机的外负荷,柴油机的转速会相应降低;在柴油机额定转速2 800 r/min和最低稳定转速1 200 r/min之间选择6～8个的转速进行测定,记录各对应转速下柴油机的各性能参数,就可以得到外特性曲线。

2 试验结果与分析

图1为燃用B20生物柴油的YC6105柴油机在1 800 r/min转速下测定得到的负荷特性。曲线表明,YC6105柴油机燃用B20生物柴油起动正常,并可全负荷工作,但是燃油消耗率高于0号柴油(增幅为4.2%～9.4%),排气温度也略高于柴油。

图1 两种燃油在1 800 r/min转速下的负荷特性曲线

图2 为测定的燃用B20生物柴油的YC6105柴油机的外特性,可以看到与燃用0号柴油相比,燃用B20生物柴油的柴油机的动力性略有降低,柴油机的功率下降最大值为6.4 kW(下降幅度6.9%);在1 600～2 800 r/min的范围内燃油消耗率上升的幅度达到5.4%～11.7%,但是排气温度比柴油低。

燃油消耗率的增加和动力性的降低,主要原因是生物柴油的热值低于柴油,常用的柴油的低热值为42.5～44 MJ/kg,而生物柴油的低热值一般在33～37 MJ/kg,因此混合油的热值有所降低,在同样负荷下当然要燃用更多的燃油量[2],同样原因柴油机的排气温度却有所下降[3-4]。

图2 两种燃油的外特性曲线

3 结论

(1)燃用此种以野生植物小桐籽油提炼的B20生物柴油可使柴油机正常起动,正常运转,并可全负荷工作。表明该生物柴油完全可以作为0号柴油的替代燃料在柴油机上使用。

(2)与燃用0号柴油相比,掺混生物柴油后其动力性有所下降,油耗有所增加。究其原因与生物柴油燃料热值低于柴油有关,建议调整柴油机的喷油泵,增大循环供油量以完全发挥柴油机燃用生物柴油时的动力性能。

虽然燃用此种B20生物柴油的油耗高于普通柴油,但是燃油的经济性指标应当综合考虑其生产成本和能效比。野生植物果实提炼的生物柴油应从生产工艺和处理技术着手来提高生物柴油转化率。利用新技术、新工艺可降低生物柴油的生产成本,采用廉价原料及提高转化率来降低总成本是生物柴油能否实用化的关键。

[1]袁文华,龚金科等.生物柴油在柴油机上的应用研究[J].拖拉机与农用运输车,2005(1):55-57.

[2]刘剑,王学政.生物柴油应用技术发展[J].柴油机设计与制造,2006(1):6-8.

[3]张道文.生物柴油的试验研究[J].小型内燃机与摩托车,2005(6):28-29.

[4]谭丕强,胡志远等.非直喷式增压柴油机燃用生物柴油的性能与排放特性[J].内燃机学报,2006(2):110-113.